农田湿地灌溉污染生态修复案例

本案例位于上海市白牛乡贤片区，是2018年原国土资源部“长三角地区生态化土地整治工程模式”课题的部分调研成果。

一 区域概况

项目区位于上海市松江区新浜镇的西侧，地处太湖流域碟形洼地的底部，地势低平，河道成网，以种植水稻为主。项目区总面积708.45公顷，涉及陈堵村、许家草村、林建村、南杨村4个行政村共1127户。白牛乡贤片区位于项目区内，属林建村，占地达5万余平方米，片区南侧为总面积约42000平方米的白牛塘水系，现由7个养殖塘由北向南依次排列组成。中部为水稻田种植区域，是撤村复耕之地，北侧含部分整治后未拆除的农村宅基地。

二 存在的问题分析

1）水系污染严重，自净能力较差。片区水体总体表现为淤泥层厚，水色缺乏自然，表面漂浮少量油污。局部水体因流动性极低形成死水，有轻度臭味。造成水质差的原因主要有如下两个方面：①面源污染严重。主要是农田中的泥沙、营养盐、农药及其他污染物，在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入水体而造成的外源污染；同时水体底泥污染、鱼类饲料过度投放及水生动物排泄物等内源污染也是不可忽视的因素。②自净能力较差。水系内水生生物群落结构单一，物种多样性低，生态系统自我调节能力与自净能力较差。

2）农田效益不佳，蛙类多样性较低。农田湿地内农用地布局较为规整，成网格状肌理，以稻田为主，但稻田产量不高，景观效益欠佳。目前，田内仅发现泽陆蛙、中华蟾蜍、饰纹姬蛙、黑斑侧褶蛙、金线侧褶蛙5种蛙类，物种多样性较低，且种群数量较少。

3）道路坑洼不平，道林成分单一。田内道路坑洼不平，片区路面主要以水泥硬化路面及不平整土路为主，缺乏自然美感。道林分组成单一、结构简单，仅分布有少量水杉、构树，林下缺乏灌木与草本层配置，植物多样性较低。

4）农民脱离生产，乡村活力不足。片区处于上海远郊农村，在城市辐射作用和吸纳机制影响下，人口和资源逐渐往城市单向流动，农民脱离生产，身份非农化，大量劳动力资源投入城市而非改变乡村面貌，导致了村庄发展的相对停滞。村庄演变成退养之地，主要为老年人生活休闲和居家养老场所，老龄化、空心化现象严重，乡村活力不足。

三 污染阻隔工程概况

根据示范区农田污染调查结果，综合考虑各种水处理技术的适用范围和经济技术可行性，并结合研究区地质、水文和农业种植制度，最终确定采用人工湿地技术治理农田灌溉水污染。在示范区内，选取现有废弃池塘，在其周围建设水闸和水泵以形成封闭水域，将上游灌溉水引入其中，利用水域内种植的各类水生植物来净化农田灌溉水中的污染物质，从而形成表面流人工强化湿地。人工湿地运行后，将治理前后灌溉水中污染物指标以及清污灌区作物产量做对比，综合评价灌溉水污染的修复效果。

1.工程背景

人工湿地位于研究区农业灌溉水引水入口处，面积约1.8万平方米，主要由水稻田、废弃鱼塘和部分河滩湿地组成。其上游莲柄港由上洞江、下洞江、南洋和北洋等河网组成，河网流域面积485.0平方千米，港道全长141.9千米，其中主港道长29.8千米，有效库容为5000万立方米。因构成的莲柄港的河流港汊大多受流域内生活污水和养殖废水的面源污染，因此从莲柄港引入到人工湿地的水中有机污染物含量超标，农业灌溉水源受到有机污染。

2.设计进出水水质

根据农田灌溉水的污染特点、《GB 3838—2002 地表水环境质量标准》和《GB 5084—2005 农田灌溉水质标准》中基本控制项目，选定SS、COD和氨氮为主因子进行工程设计。日处理灌溉水量为5000米3/日，设计进水SS为130毫克/升、COD为86毫克/升、氨氮为3.5毫克/升，出水水质的SS达到《GB 5084—2005 农田灌溉水质标准》要求，即SS≤80毫克/升，COD和氨氮达到《GB 3838—2002 地表水环境质量标准》Ⅴ类水质要求，即COD≤40毫克/升、氨氮≤2毫克/升。

四 工程设计

设计思路：在项目区山顶村现有的池塘中建设水闸和水泵形成封闭的人工湿地，将上游稻田灌溉水引入人工湿地中，利用在湿地内种植的各类水生植物来净化稻田灌溉水中的污染物质。

设计目的：利用人工湿地净化含有有机污染物（COD）农田灌溉水，防止污水灌溉造成农田土壤污染。

设计原则：重点是对农田周围湿地生态系统的人工重建，特别是在与陆地生态系统物质能量交换频繁的河流入口处开展人工生态系统的重建。

1.工艺流程

根据上游河道的形状及废弃鱼塘的地质特征，确定人工湿地的工艺方案为多级表面流人工强化湿地系统（图4－6）。由莲柄港的上游来水，经湿地入口水闸拦截后，由引水渠导流引入配水区，使污染灌溉水均匀分布到初沉净化区，经短暂停留后，污水由重力流依次经过挺水植物净化区、挺水与浮叶植物净化区和沉水植物净化区，完成污染物的去除后，由尾端集水渠汇集到出水导流区，经水泵抽提，引入事先划定的清水灌区。

2.主要设计单元

（1）水闸

为调控湿地进出水，建有单孔水闸2座，其中1座为拦截上游来水，另1座为引水口。水闸设计闸前水深1.2米，水闸闸孔净宽均为1.2米，闸底高程1.6米，水闸高为3.0米，闸槽深0.1米，水闸采用C25钢筋砼闸门，高1.4米，厚0.1米，启闭台采用C25钢筋砼，启闭机采用2.5Ｔ手摇螺杆启闭机。

通过水闸拦截，可抬高河水水位，形成河道蓄水塘，可有效减缓水速，通过物理沉淀作用去除部分悬浮物质，并由河道内水生植物对污水进行预充氧。高水位的污水通过重力流，由引水渠进入配水区，引水渠采用梯形土渠形式，长度约为50米，坡度为0.02％。

（2）配水区和初沉净化区

为使污水均匀分布，多级表面流人工强化湿地系统的首个单元为面积603.88平方米的配水区，该区采用混凝土渠堰溢流布水，可有效地调节水质和水量，使污水均匀、缓慢地流到初沉净化区，该区呈狭长形，面积为587.05平方米，进一步减缓水流速度，使大部分可沉降SS通过湿地系统中物理沉降作用去除，而部分胶体状SS则通过与池底沙粒、淤泥的吸附、滞留、过滤作用得以去除。

（3）多级表面流人工强化湿地

依据灌溉水水量大、污染物浓度低且随季节变化较大的特点，考虑到研究区环境及耕作条件，采用多级表面流人工强化湿地净化农田灌溉水。湿地呈不规则形，以现有的池塘堤岸为边界，分为3级串联运行。湿地有效面积占总面积的82.4％，设计运行参数以水力负荷0.35米3/（米2·日）为限制性参数进行计算。

五 人工湿地设计

利用不同植物种类对水生生活的适应性状不同，吸收水体中的特定污染物质；不同植物种类构成的生物群落共同作用，提高系统的稳定能力和自净化能力（图4－7、图4－8）。